【正文】 等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。 近十年來，隨著 PLC 價格的不斷降低和用戶需求的不斷擴(kuò)大，越來越多的中小設(shè)備開始采用 PLC進(jìn)行控制， PLC 在我國的應(yīng)用增長十分迅速。 隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和基礎(chǔ)自動化水平的不斷提高，今后一段時期內(nèi) PLC 在我國仍將保持高速增長勢頭。全文著重對堆堆機(jī)整體結(jié)構(gòu)、貨架結(jié)構(gòu)以及 PLC 構(gòu)成的控制器進(jìn)行合理的設(shè)計，采取相應(yīng)的算法及可行措施，確保系統(tǒng)具有精確、可靠、先進(jìn)的性能。 第 2 章 堆垛機(jī)的 結(jié)構(gòu)計算 堆垛機(jī)的主要參數(shù)及尺寸參數(shù) 包括最大起重量、載荷的幾何參數(shù)與運(yùn)行速度相關(guān)的參數(shù)（貨物的入出頻率 行走 起升及貨叉的伸縮） 堆垛機(jī)外型幾何參數(shù)，行走速度為 63m/min，最大起重重量為 2021Kg。即： F= EG f+Pq? 。上橫梁法蘭盤焊接在上橫梁的下端，通過法蘭盤與立柱模塊聯(lián)結(jié)，主要用高強(qiáng)度螺栓來固定。下橫梁導(dǎo)向輪組通過支架固定在下橫梁上，兩組導(dǎo)向輪組夾在地軌兩端，使小型有軌巷道堆垛機(jī)水平運(yùn)行時，能夠沿著地軌行走不至于跑偏，起到導(dǎo)向的作用。即 HS = ? ? SL 上 式中， ? 稱為動載荷系數(shù)，由于加速度的不確定性，一般用額定速度 v來確 定。堆垛機(jī)完成入庫或出庫一次工作循環(huán)所需平均時間稱為基本作 業(yè)時間，用 T。 若堆垛機(jī)壽命按 10年計，每年工作 300 天，每天工作 8h， 基本作業(yè)時間 To=100 秒，開動率 n=70％，則堆垛機(jī)的循環(huán) 壽命為 : 10x300x8x3 ／ 100≈ 6x 510 (次 ) 圖 堆垛機(jī)行走加減速度示意圖 第 3 章 水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計方案 水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)總體方案的確定 根據(jù)以上計算可初步確定有以下方案： 方案 1：選擇設(shè)計單立柱無軌道式堆垛機(jī)； 方案 2：選擇設(shè)計單立柱雙軌道式堆垛機(jī)； 方案 3：選擇設(shè)計單立柱單軌道式堆垛機(jī)； 根據(jù)以上計算可知：此堆垛機(jī)的最大載荷重量為 2021Kg，水平運(yùn)動速度為 63m/min 以及所受的載荷均很小，故選擇第三 種方案： 單立柱型 單軌道堆垛機(jī)。 2. 為了減少立柱的扭轉(zhuǎn)載荷，應(yīng)該使機(jī)構(gòu)零件盡量靠近立柱；盡量靠近端梁，使端 梁能直接支撐一部分零部件 的重量。圖 1采用的是一般臥式減速器。 （ B2r）（ kg） 且 K= vk?240240 （ kg/cm2 ） 式中， P39。 =，則車輪的軸徑為 d 3min / nPC? =34mm 取 d =50mm,車輪直徑可 適當(dāng)取大為 D=100mm 軸上的軸承選取代號為 6210，基本尺寸為 ： d=50mm, D=90mm, B=20mm. 運(yùn)行阻力計算 (1)有軌巷道堆垛機(jī)的運(yùn)行時的靜阻力 小型有軌巷道堆垛機(jī)沿軌道直線運(yùn)行時，行走輪與軌道之間以及行走輪與軸承之間，都存在著摩擦阻力，另外軸與輪轂之間也存在著滑動摩擦阻力、因此，為了簡化討論，假定全部載荷作用在一個行走輪上。 于是計算得到滿載時的運(yùn)行阻力為 35235N 行走電動機(jī)功率的計算 有軌巷道堆垛機(jī)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)的電動機(jī)的功率，是根據(jù)堆垛機(jī)滿載穩(wěn)定運(yùn)行時的靜阻力進(jìn)行計算。 Nj = = 式中 K25— 工作類型系數(shù)，由 [1]表 816查得當(dāng) JC%=25 時， K25= r— 由 [1]按照起重機(jī)工作場所得 tq/tg=，由 [1]圖 837 估得 r= 由此可知： NxP,故初選電動機(jī)發(fā)熱條件通過。 圖 減速器的外觀圖 各軸的轉(zhuǎn)速計算 電動機(jī)輸出軸： mn =2830r/min 減速器 高速軸： n? = 12/inm =2830/=1400r/min 減速器中間軸軸 : 2312 /inn ? = 1400/減速器低速軸： 3423 /inn ? = 560/ 各軸的輸入功率計算 電動機(jī)的額定功率： mp = 減速器高速軸 ： ?1p mp ? ? =? = 減速器中間軸軸 : 12 Pp ? ? 12? =? = 減速器低速軸 ： 12 Pp ? ? 23? =?= 各軸的轉(zhuǎn)矩計算 減速器高速軸 mNnPT ????? 4 0 0/ 5 5 0/9 5 5 0 111 減速器中間軸軸 : mNnPT ????? 減速器低速軸： mNnPT ????? 0 0/ 5 5 0/9 5 5 0 333 齒輪的設(shè)計與計算 齒輪的材料選擇 一般齒輪要選擇用 20 rC 鋼， 硬度為 5662HRC，由圖 ]2[ 528d 查得彎曲疲勞極限應(yīng)力 limF? =450MPa；由圖 529d 查得接觸疲勞極限應(yīng)力 limH? =1500 Mpa. 齒輪的 計算 其傳動的許用應(yīng)力和許用彎曲應(yīng)力分別為 ]2[ ： ? ? lim /H H N HZS??? [ F? ]= limF? NstYY / FS 式中： limH? ? 實(shí)驗齒輪的接觸疲勞極限（ aMP ）； limF? ? 實(shí)驗齒輪的彎曲疲勞極限（ aMP ）； limH? 、 limF? 分別由圖表查取；由圖可查得 limH? =1500 aMP ； limF? =450 aMP ； stY 實(shí)驗齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)，按國家校準(zhǔn)，取 。 主要技術(shù)參數(shù) ：見結(jié)構(gòu)圖 ； ： ； ：見說明書； ：按照客戶指定型號（ QU120~QU80）； 2次。NZ =, NY = 齒輪的應(yīng)力工作循環(huán)次數(shù)計算 60 hN njL? =60? 1400? 1? （ 250? 16? 5） =? 108 所以： ? ? lim /H H N HZS??? =1500? [ F? ]= limF? NstYY / FS =450?2? 齒輪傳動的計算載荷 計算載荷 nc nF KF? AVK K K K K??? 式中： K載荷系數(shù)； AK 使用系數(shù)； VK 動載系數(shù)； K? 齒間載荷分配系數(shù)； K? 齒間載荷分布系數(shù)； nF 齒輪法向力； 使用系數(shù) AK = 動載系數(shù) VK = 齒間載荷分配系數(shù) K? = 齒間載荷分布系數(shù) K? = 所以 K=? ? ? =； 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算 ? ?112/F F a S a FK T Y Y bd m???? 式中： FaY 齒形系數(shù)；查表得 FaY = SaY 應(yīng)力校正系數(shù)；查表得 SaY = 2450m inlim1 ?????? XNF STFFP YYs Y?? 已知 1T =● M， K= 初步確定各參數(shù)知 1Z =39， ???? iZZ ，取 2Z =97， ?d? ， ? = ?15 ， u=97/39= 則 1vZ = 1Z /cos3 ? =39/ cos3 ?15 =43 查表知小齒輪復(fù)合齒形系數(shù) 1FSY = 108c os97c os 3322 ??? ??ZZ v ?? c os)]11([ 21 vvva ZZ ??? = ?15c os)]1081431([ ?? = ???Y 可求的模數(shù)為 3 2 2 15c ???? ??? ?nm = 取 nm =2mm 中心距為 a=?cos2 )( 21 ZZmn ?=?15cos2 )9739(2 ??= 取 a=161mm 可知 cos? = 1612 )9739(22 )( 21 ? ????a ZZm n = 可得 ? =? 則小齒輪分度圓直徑為 mmzmd n 392c os 11 ???? ? mmzmd n 972c os 22 ???? ? mmdb d ???? ? mmbb 4237)105(21 ??????? ，取為 40mm HPEH uubdKTZZ ?? ? ??? )1(109 211 取 M P aZZ E 8 9, ??? MP aH 327) ( 2 ???? ????? 1Z1, WNlimNlimlim ???? ZSZZS HWHHHP ，取?? 計算得 1000MPaHP ?? .,HP 故合格?? ?H 齒面的接觸疲勞強(qiáng)度計算 ? ?HH??? 式中： H? 接觸應(yīng)力； ? ?H? 許用接觸應(yīng)力； H? = ? ? 3112 1 / d H EKT u d u Z Z?? ? ? ? 式中： HZ? 區(qū)域系數(shù)，對于標(biāo)準(zhǔn)齒輪， HZ =； d? 齒寬系數(shù)。 Dc） =63?1000/? 100=機(jī)構(gòu)傳動比： i。 電動機(jī)的發(fā)熱校驗 等效功率： Nx=K25 圖 摩擦阻力計算 由彎矩平衡條件得 ： M=F2d +Nf=fWD2 即有 )2)(( DfDudGPW f ??? 考慮其它阻力的附加阻力，乘以一個系數(shù) K即 W= KDfDudGP )2)(( ?? 式中 M驅(qū)動力矩 (MPa)； P+G堆垛機(jī)的額定起重量和自重之和 (N)； f行走輪滾動摩擦系數(shù)； D、 d分別為車輪直徑和軸徑 (mm)； μ 軸承摩擦系數(shù)。 — 車輪的踏面直徑（ cm） B— 鋼軌寬（ cm） r— 鋼軌頭部的圓角半徑（ cm） K— 許用應(yīng)力系數(shù)（ kg/cm2 ） v— 走行速度（ m/min） k— 許用應(yīng)力（球墨鑄鐵的許用應(yīng)力為 50）（ kg/cm2 ） 首先確定 B=， r=, k=50 kg/cm2 , v=63m/min 則 K= vk?240240 = 6324050240?? =40（ kg/cm2 ） P39。 走行輪的允許載重量等各參數(shù)間有下列關(guān)系式： P39。 機(jī)構(gòu)的布置形式 水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)由電機(jī)、減速機(jī)、車輪組、緩沖器等組成。另外水平行走機(jī)構(gòu)按行走軌跡有兩種型式 直線型和曲線轉(zhuǎn)軌型，針對本課題的要求選擇直線型。 圖 1 堆垛機(jī)行走加減速度示意圖 設(shè)堆垛機(jī)開動率為 n，為堆垛機(jī)實(shí)際開動時間占工作時 間的百分比。 載荷狀態(tài) 堆垛機(jī)工作時，其承載能力是上述各種載荷與自重 EG 的不同組合，可分為 A．正常工作狀態(tài)： Mx( EG + ? LS + HS ） B．特殊工作狀態(tài)： Mx( EG + ? LS + HS )+ WS C．起吊工作狀態(tài)： EG + LS + TS D． 停止： EG + WS 以上表達(dá)式中， M 稱為作業(yè)系數(shù)，與前述堆垛機(jī)的分類有 : I類 M = 1． 0， Ⅱ類 M = ； Ⅲ類 M = 1． 1， IV類 M = 。 圖 下橫梁模塊圖 起重重量 實(shí)際起重重量包括吊具重量和額定重量之和，用 SL 表示。 下橫梁模塊 下橫梁是模塊零部件的支撐機(jī)構(gòu)，又是堆垛機(jī)的承載構(gòu)件，因此它要有足夠的強(qiáng)度和剛度。 圖 上橫梁模塊圖 上橫梁一般很短，是模塊零件的支撐部件。 堆垛機(jī)的受力參數(shù)包括自重載荷 、 起升載荷 、 垂直慣性力與水平慣性的作用。 內(nèi)容： 已知倉庫貨架總高度為 10m， 行走速度： 63m/min。實(shí)際工作中碰到的一些用戶原來采用嵌入式控制器，現(xiàn)在正逐步采用通用 PLC 或定制 PLC 取代嵌入式控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的 CF 系列、杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的 DKK及 D系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的 S系列、蘇州電子計算機(jī)廠生產(chǎn)的 YZ 系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。 20 世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。 20世紀(jì)80 年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運(yùn)算及處理的計算機(jī)存儲元件都以繼電器命名。 PLC的發(fā)展過程及現(xiàn)狀 世界上公認(rèn)的第一臺 PLC 是 1969 年美國數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）研制的。 ①直線運(yùn)行型堆垛機(jī) 直線運(yùn)行型堆垛機(jī)只能在巷道內(nèi)直線軌道上運(yùn)行，不能自行轉(zhuǎn)換巷道。 ②地面支承型有軌巷道堆垛機(jī) 堆垛機(jī)的運(yùn)行軌道鋪設(shè)在地面上，堆垛機(jī)用下部行走輪支承和驅(qū)動，上部導(dǎo)向輪用來防止堆垛機(jī)傾倒或擺動。 ①懸掛型有軌巷道堆垛機(jī) 懸掛型有軌巷道堆垛機(jī)懸掛在巷道上方的軌道上運(yùn)行，其運(yùn)行機(jī)構(gòu)安裝在堆垛機(jī)門架的上部。單立柱堆垛機(jī)的起升結(jié)構(gòu)，普遍采用鋼絲繩傳動，由電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動卷筒轉(zhuǎn)動，通過鋼絲繩牽引載貨臺沿立柱或起升導(dǎo)軌作升降運(yùn)動。立柱多采用型鋼或焊接制作，立柱上附加導(dǎo)軌。由于 PLC專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用設(shè)計，具有可靠性高、通用性強(qiáng)、維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)．監(jiān)控機(jī)對堆垛機(jī)的控制通過與 PLC通信實(shí)現(xiàn)。